中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所大宗化學(xué)品團(tuán)隊(duì)近日在低成本高效生物合成3-羥基丙酸的關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。

3-羥基丙酸是美國(guó)能源部公布的12種高附加值生物基平臺(tái)化學(xué)品之一。其結(jié)構(gòu)的特殊性使其成為合成多種化合物的前體物質(zhì)，利用廉價(jià)的生物質(zhì)原料進(jìn)行微生物合成3-羥基丙酸是代謝工程領(lǐng)域熱門研究方向之一。

雙功能酶——丙二酸單酰輔酶A還原酶(MCR)是3-羥基丙酸合成新途徑中的關(guān)鍵酶，自身具有醛脫氫酶和醇脫氫酶的功能，可催化兩步反應(yīng)，將脂肪酸合成的前體物質(zhì)丙二酸單酰輔酶A經(jīng)中間體丙二酸半醛轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酸。該所科研人員通過(guò)對(duì)該蛋白序列的分析，將MCR蛋白成功拆分為MCR-C和MCR-N兩部分，每個(gè)部分可獨(dú)立催化一步反應(yīng)。更為重要的是，拆分后的蛋白對(duì)底物丙二酸單酰輔酶A有著更高的親和力，酶活力遠(yuǎn)高于野生型MCR，同時(shí)3-羥基丙酸產(chǎn)量也得到了一定提高。

將MCR拆分為兩個(gè)片段后，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)MCR-C和MCR-N的催化能力嚴(yán)重失衡是影響3-羥基丙酸產(chǎn)量的重要因素。為解決該問(wèn)題，他們通過(guò)定向進(jìn)化將MCR-C蛋白的催化效率提升15倍，使3-羥基丙酸的產(chǎn)量得到數(shù)百倍的增長(zhǎng)，從根本上解決了該途徑3-羥基丙酸產(chǎn)量過(guò)低的問(wèn)題。